초록 ▼

□ 연구개요
차세대 에너지저장 장치 중 하나인 슈퍼커패시터는 높은 출력과 장기 안정성으로 주목을 받고 있지만 낮은 에너지 밀도에 의해서 응용적인 관점에서 한계성을 가지기 때문에, 이를 극복하기 위해서 새로운 고용량 전극 활물질의 개발이 필요함.
현재까지 개발된 고용량 활물질은 전기이중층커패시터용 고비표면적 탄소나노소재와 의사커패시터용 전이금속산화물이나 전도성 고분자와 같이 intrinsic 레독스 반응을 할 수 있는 물질로 극히 제한되어 있음.
본 연구에서는 현재까지 배터리 소재로 연구되어 온 층상(bulk laye

□ 연구개요
차세대 에너지저장 장치 중 하나인 슈퍼커패시터는 높은 출력과 장기 안정성으로 주목을 받고 있지만 낮은 에너지 밀도에 의해서 응용적인 관점에서 한계성을 가지기 때문에, 이를 극복하기 위해서 새로운 고용량 전극 활물질의 개발이 필요함.
현재까지 개발된 고용량 활물질은 전기이중층커패시터용 고비표면적 탄소나노소재와 의사커패시터용 전이금속산화물이나 전도성 고분자와 같이 intrinsic 레독스 반응을 할 수 있는 물질로 극히 제한되어 있음.
본 연구에서는 현재까지 배터리 소재로 연구되어 온 층상(bulk layered) 화합물에 나노기술을 접목하여서 벌크 내부로의 층간 삽입에 의해서 전하를 저장하는 배터리 거동이 아니라, 2차원 나노구조 및 하이브리드화를 통해서 표면 전하저장을 발현하는 ‘extrinsic' 의사커패시터 신소재를 개발하고, in-situ 분석에 의한 전하저장메커니즘 해석을 통해서 기초 연구를 수행하고, 개발 소재의 전극화를 통해서 고용량 하이브리드 슈퍼커패시터 소자로 구현하고자 함.

□ 연구 목표대비 연구결과
1차년도(2017)
□ 2차원 나노시트의 합성 및 구조 제어
□ 2차원 나노시트의 전기화학적 성능 평가
□ 2차원 나노시트의 구조와 전기화학적 특성의 상관관계 분석
2차년도(2018)
□ 2차원 이종나노시트의 합성 및 물성 향상
□ 2차원 이종나노시트의 전기화학적 성능 평가
□ 2D 이종나노시트의 전하저장 메커니즘 분석
3차년도(2019)
□ 2차원 이종나노시트의 결합 제어를 통한 전기화학적 특성 최적화
□ 2차원 TMDC/그래핀 에너지 저장 소자 최적화
□ 하이브리드 소자 응용 및 슈퍼커패시터 하이브리드 셀 설계패시터 셀 설계

□ 연구개발결과의 중요성
[기술적 측면]
□ 2차원 이종나노시트의 결정구조, 표면 및 조성제어 기술은 에너지저장 신소재 개발의 원천기술로 자리매김할 것으로 기대됨.
□ 2차원 이종나노시트의 구조 및 조성제어 기술을 슈퍼커패시터 전극 제조에 적용시킴으로서 차세대 에너지 저장 소재 산업을 선도할 수 있을 것으로 기대될 뿐만 아니라 기존 커패시터의 낮은 에너지 밀도를 극복함으로써 슈퍼커패시터를 기반으로 한 새로운 패러다임의 에너지 저장 장치 개발이 가능할 것으로 기대됨.
[경제 · 산업적 측면]
□ 전기차, 스마트 기기 등 슈퍼커패시터의 응용이 가능한 에너지 저장 장치의 수요가 증가하고 있는 추세이므로 전극 소재 및 합성기술에 대한 수요가 많아질 것으로 예상되며, 이는 곧 슈퍼커패시터의 매출확대가 가능하다는 것을 의미함.
□ 체계적인 반응 메커니즘 및 이온캐리어 상호작용을 분석함으로서 공정의 단순화와 최적화를 실현할 수 있고 이를 통해 해당 산업에 대한 소재 국산화를 통해서 기술 경쟁력을 얻을 수 있을 것으로 예상됨.

(출처 : 연구결과 요약문 3p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 3
• 목차 ... 4
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 7
• 1) 다양한 2차원 전이금속디칼코젠화합물(transition metal dichalcogenide, TMDC)의 용액 합성 및 미세구조(결정구조, 결함), 표면 화학 제어를 통한 나노시트 활물질 선정 ... 7
• 2) 2차원 이종나노시트의 하이브리드화, 계면, 조성 및 나노모폴로지 제어를 통한 고용량 활물질 확보 및 in-situ 분광학에 의한 메커니즘 해석 ... 10
• 3) 2차원 이종나노시트를 이용한 전극화 공정 확립 및 셀 설계 최적화 슈퍼커패시터 소자 용 및 in-situ 분광학에 의한 메커니즘 해석 ... 14
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 19
• 4. 참고문헌 ... 19
• 5. 연구성과 ... 20
• 끝페이지 ... 24